宏程序加工轮廓曲线

摘 要：在数控车床中，像椭圆、抛物线、双曲线等轮廓曲线的加工越来越普遍。以椭圆为例，介绍了FANUC数控系统运用宏程序编程的几种形式，通过对比分析，运用于不同的场合。

关键词：数控车床;宏程序;轮廓曲线

中职学生学习编程入门难，利用宏程序编程加工公式曲线，更是难上加难。随着数控技术的不断发展，电脑自动编程越来越普及，手工编程工作量也越来越小，但是，在数控车床加工中，有些项目的加工却是电脑无法取代的，必须应用宏程序编写。于是，宏程序的教学便走进了职校课堂。

所谓宏程序就是用符号代替变量，即在普通程序中融入了变量元素，而整个程序的结构没有太大变化。例如，加工一段椭圆，我们先假想将它分成N等分，将每个等分段的两个端点（俗称节点），用线段连接起来，就形成了该曲线的形状。从理论上讲，划分的等分段越多，连起来就越逼近于曲线。数控机床正是利用这个原理，先将每个节点的坐标计算出来，然后从起始点开始，运用直线功能指令G01，依次连接形成椭圆。由于每一个节点的坐标随位置的变化而不同，所以节点的坐标是一个变量，变量在不同的数控系统中采用不同的符号来表示。FANUC系统用#×××表示，×为数字。

宏程序的格式根据系统的不同而有所区别，但即便在同一个系统中，由于编程员的习惯和喜好不同，其编程格式和操作方法也不尽相同。下面通过一个实例，介绍四种加工方法，供大家参考：如图所示。

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一、应用机床零点偏置功能加工

（一）编写宏程序必须使用WHILE循环语句

循环（WHILE语句）

功能 在WHILE后指定一个条件表达式，条件满足时，执行DO到END之间的语句，否则执行END后的语句。

格式 WHILE[条件表达式]DO m;（m=1，2，3）

………：

………：

………：

END m;

m只能在1、2、3中取值。

（二）首先编写椭圆手柄的精加工路线宏程序

T0303 M03 S800 F0.2;

G00 X0 Z2;

#5=40;………Z轴加工起始点的节点坐标（在数学中，原点位于椭圆中心）。

WHILE[#5 GE -20] DO 1; ………进入循环语句1，判断自变量Z轴节点坐标是否大于等于节点终点的坐标（同上，原点位于椭圆中心）。

#4=25*SQRT[40*40-#5*#5]/40;………椭圆公式（#4为X轴节点坐标，它是通过等式右边的自变量#5赋值后，由系统自动求出）。

G01 X[2*#4+A] Z[#5+B];………刀具直线切削至节点（A，B分别为椭圆中心在工件坐标系的坐标，本例A=0，B=-40）。

#5=#5-0.5; ………将椭圆Z轴60 mm等分为120等分，每段0.5mm，#5重新赋值减小了0.5。

END 1; ………返回循环开始部分，继续判断第二个节点是否成立，以此类推，刀具从第一个节点直线切削至终点。

G01 W-20;

G00 X60;

Z2;

M05;

M02;

将上述编写好的精加工路线程序输入机床，进行对刀操作，然后找到机床参数设置选项，在机床的X方向原点偏置中，将预留偏置量值0改为15 mm（最大切削余量），启动机床完成第一次加工。当刀具退回加工起始点以后，再将偏置余量修改为12 mm，重新启动机床，完成第二次加工。以此类推每次将偏置量减去3 mm，重复累计操作5次，直至偏置量为0即加工完成。

该方法的优点是只需编写精加工宏程序，程序简洁，节省了程序输入的时间。粗加工由手动操作改变机床的原点偏移来实现，比较直观，学生易学易懂，容易掌握。缺点是对机床操作要求熟练，不能出错。

二、全部使用宏程序编程加工

这种方法是将粗加工中X轴方向的每层偏移量也用变量表示，增加了一个循环语句的嵌套，需要很好地理解程序。通常情况下，为拓宽知识面，只对感兴趣的学生或者是参加技能大赛集训的学生介绍，对其他学生不做要求。程序如下：

（一）循环语句嵌套格式

1.数1～3可以多次使用。

2.首先满足大循环2的条件后，才运行小循环1，小循环1执行完成后返回大循环2：

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3.嵌套层数最多3级。

（二）加工程序

T0303 M03 S800 F0.2;

G00 X60 Z2;

#3=15;………设置X轴方向的初始偏移量#3。

WHILE [#3 GE 0] DO 2;………进入大循环2，判断#3是否大于等于最终偏移量0.

#5=40;

WHILE [#5 GE -20] DO 1; ………进入小循环1，直至条件不满足时退出，执行循环2。

#4=25*SQRT[40*40-#5*#5]/40;

G01 X[2*#4+A+#3] Z[#5+B];………注意节点的X轴坐标增加一个偏移值#3。

#5=#5-0.5;

END 1;

G01 W-20;

G00 X60;

Z2;

#3=#3-3; ………X轴方向的偏移量#3减去3mm重新赋值给#3。

END2;

M5;

M2;

三、调用子程序编程加工

（一）主程序和子程序的格式

1.主程序

在主程序中，调用子程序的程序段应包含如下内容：

M98 P×××× L××;

在这里，地址P后面所跟的数字，指定为被调用的子程序的程序号，L后面的数字用于指定调用的重复次数。

2.子程序

一个子程序应该具有如下格式：

O××××; 子程序号

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M99; 返回主程序

（二）加工程序

O 0001 ………. 主程序

T0303 M03 S800 F0.2;

G00 X60Z2;

#3=12;………. 设置X轴方向的初始偏移量#3

M98 P0002 L 5;……….调用子程序O0002 加工5次。

G00 X100;

Z100;

M05;

M30;

O 0002……… 子程序

#5=40;

WHILE [#5 GE -20] DO 1;

#4=25*SQRT[40*40-#5*#5]/40;

G01 X[2*#4+A+#3] Z[#5+B];………注意节点的X轴坐标值需加上一个偏移值#3。

#5=#5-0.5;

END 1;

G01 W-20;

G00 X60;

Z2;

#3=#3-3;………X轴方向的偏移量#3减去3mm重新赋值给#3。

M99;

四、用复合循环指令编程加工

使用G73轮廓复合循环语句编程，比较简单，但需要理解各代码的含义，在实训教学中，G73指令既是重点也是难点，也需要反复多次练习才能加深理解。程序如下：

T0303 M03 S800 F0.2;

G00 X65 Z2;

G73 U7.5 W0 R5

G73 P10 Q20 U0.5 W0 F0.1;

N10 G00 X0

G01 Z2;

#5=40; -+

+

WHILE [#5 GE -20] DO 1;

#4=25*SQRT[40*40-#5*#5]/40;

G01 X[2*#4+A] Z[#5+B];

#5=#5-0.5;

END 1;

G01 W-20;

N20 G00 X60

G00 X100;

Z100;

M05;

M30;

当然，加工椭圆轮廓曲线，除了可以采用宏程序手工编程之外，还可以借助于CAXA数控车等软件进行计算机辅助编程，前提条件是机床要配备电脑和传输装置。

在中职课堂讲授宏程序，不宜过深过难，会用就行。本文介绍的几种方法，在教学实践中，针对不同系统的机床，可以灵活选择其中的一种，全面铺开只会适得其反。宏程序是一种高级语言，除了能加工各类轮廓曲线，在其他场合的应用还有待今后进一步